基于绿色技术下的高科技仿生学研究

　　摘要：迈入20世纪90年代后科学技术进入高速发展，科学的双刃剑作用也越发明显。为了达到经济、社会和生态和谐发展，仿生学再次被重新重视、再发现和再认识。力求在生态哲学指导下的“3R”本质下的绿色技术的指导下，认识到以仿生学为先导的绿色设计的重要性，积极探讨出一条发展仿生学的有效途径，积极实现绿色技术的全面实施，为实现人与自然的和谐发展的实现谋求长久发展之路。

　　关键词：绿色技术；高科技；仿生学

　　中图分类号：G811文献标志码：A文章编号：1673-291X（2015）07-0306-03

　　迈入20世纪的后半期，在信息化和知识化的时代的引领下，在对工业生产的深刻反思下，以力求生态、经济和社会的和谐发展被时代所召唤。绿色发展的呼喊已经成为时代的主题，以“3R”本质下的绿色技术为指导的“仿生型”高科技技术也得到充分的重视。仿生学师法自然，从大自然中汲取技术发展的新思路，为更好地实现人与自然的生态和谐提供了技术的先导，这样使得如何更好地使用和研发仿生技术，成为当今时代的技术发展的主题。

　　一、绿色技术的内涵

　　绿色技术是迫于当代生态哲学要求的技术方法论，是与当代的生态哲学有着同源一体性的。在工业革命后期的环境污染和生态破坏的大背景下，人们开始反思现代的技术文明，如何在享受工业文明带来的成果的同时又能实现人与自然的和谐共生，提升人与环境在精神层次的教养关系。人类开始逐渐将注意力从只满足个人的自身需求往谋求个人与环境的共同繁荣。绿色技术是这种生态哲学在技术层面上的反应。

　　（一）绿色技术的本质

　　绿色技术是一种环境友善的技术。这种技术要求产品从设计到整个产品使用寿命的终结，都要充分考虑到该产品对生态的影响，这完全有别于传统的技术。绿色技术的核心是强调产品从设计生产消费以及到最后的生命的终结，都要体现对环境和生态的保护。在传统设计的设计过程中市场的因素成为主要的考量标准，产品是为了市场而生产，产品好坏的检验标准也趋于单一，强调其在市场的欢迎程度和市场份额的占有率。而绿色技术的要求在注重产品的市场价值的这一基本前提下，开始更多地关注产品对环境的影响。绿色技术是一种将产品的生命周期与生态系统相联系的环保技术，强调的是产品除了其商业价值之外，还要承担生态环保的绿色价值，是一种从摇篮到再生的过程。这种绿色的设计方法本质特征就是“3R”—reduce（减量）、reuse（重复利用）、recycle（循环）。“3R”技术的哲学依据主要包括了减量与异构同功原理、重复利用与生态系统层次结合度的递减原理、循环与生态系统的闭路循环原理。

　　（二）绿色技术的意义

　　减量原则，顾名思义就是减少废弃物的数量。很多国家和地方都主张和提倡在源头上实现废弃物的控制。减量原则的深刻含义是多层次的，主要的就是减量和节能。在生态哲学的背景下，减量原则的深刻的仿生学原理是异构同工。这个指导思想使得仿生学重新被提高到一个新的高度。自然界经过数亿年的发展，其结构都给我们很好的启迪。我们可以师法自然，以达到降低消耗。例如我们利用王莲的叶子结构减少了建筑物的耗材。同样地在生物的生态系统中，同一种生物被多种生物所降解。在系统的闭路循环的系统中，实现物质的多次利用，生产者、消费者和分解者通过多向的流动达到无机物与有机物的循环再生。这种思想要求我们再设计产品时注意到对事物的多次重复利用。而在高科技仿生学的指引下，生物进化过程中的身体结构给我们提供了这种启迪。动植物的精致的结构耦合为重复利用开辟了新的途径。这种周而复始的重复利用构成了第三个原则循环。生态哲学指导下的绿色技术就是一种基于“3R”技术本之下的绿色技术，它的核心是强调一种节约型技术，做到系统结构和功能的最佳耦合，是产品具有与生命和生态系统一样的生命。我们赋予产品以生物的属性，这使得我们也有了从生物中获取生产技术的启迪提供了前提的条件。

　　二、绿色技术下仿生学的内涵及发展途径

　　从绿色技术的本质看，“3R”技术下的绿色技术要求我们要做到有更高的结构耦合，更为精致的系统耦合和更为精妙的功能耦合。在这种绿色技术的要求下，高科技仿生学技术成为突破这一技术瓶颈的重要手段，高科技仿生学也再次成为一种技术发展的突破点。从历史的维度看，人们对仿生学的探索去由来已久。在文艺复时期，达芬奇就开始了对飞行的探索，他模仿鸟类设计和制造了一架扑翼机，这是开创了人类历史上第一架人造飞行器。在中国，关于师法自然的思想在《韩非子》的书中记载了鲁班用竹做鸟的尝试。可见关于仿生的思想在中西方文明中都是源远流长的。而仿生学的真正形成和发展却是在20世纪中期。

　　传统的工业设计是工业时代的象征，它的研究核心是——产品，主要从经济、社会、技术的角度针对产品的形态、功能、色彩、装饰、材料、表面处理等诸因素进行综合的处理。工业设计中的仿生学应用是以仿生学理论为指导，运用工业设计艺术与科学相结合的思维与方法，从人性化的角度，不仅在物质上，更是在精神上追求传统与现代、自然与人类、艺术与技术等多元化的设计创新和融合。工业设计中的仿生一般从形态设计、结构设计、色彩设计、质感和肌理设计等几个角度展开。

　　产品设计的核心是产品形态造型形态设计。设计师的设计理念主要依附于产品形态来体现，通过对特定产品形态的设计来建立与使用者情感、思想等方面的沟通。应用了仿生学设计的产品造型形态设计，是以自然界中数不尽的生物形态作为设计创意点，是设计师取之不尽的形态素材，可以为产品形态设计的创新提供新鲜的血液与营养。仿生学在工业设计中结构设计的应用主要体现在对自然界各种生物体、物质所存在的内部结构原理的分析和研究上。在感性认识的基础上，除去无关因素，并加以简化，提出一个生物模型，用模型模拟生物结构原理。目的是研究生物体本身的结构原理以便于在工业设计中应用。

　　（一）仿生学的内涵及发展其充要条件

　　仿生学大约于1960年才开始使用。仿生学不仅仅可以作为基础科研中的基本方法，更重要的是在技术原理构思的工作中也是一种卓有成效的工具。

　　从仿生学的角度来看，人类具有师法自然的充分条件。人类生活的自然界是先于人类而产生，在数万亿年的发展过程中通过生物界的优胜劣汰不断地表现出高超技能和高能特征的生物，这些生物的特有属性特征就是我们取之不尽的灵感的源泉和智慧的宝库。在生物的进化过程中，生物表现出了独特地属性特性和与自然界的相融合的生态特征，例如蝙蝠利用超声波定位，蝗虫强有力的后退起飞，蜂窝的六角形结构等等。这些生物个体所表现出来的特有的属性给我们提供技术基本方法和技术原理构思方法。在20世纪的后半期我们对工业革命过程中的环境问题的思考中，技术的“双刃剑”问题再次被提及，在关于如何改进技术，如何发展技术的问题中如何走出高消耗、高污染和高浪费的技术发展怪圈中，大自然却给我们提供了现实的模板和范式，这有助于我们房屋设计的新的变革。与此同时，科学工作者的视野，也开始转移到仿生学的领域，逐步开始研究自然事物的优良品质。仿生学的关注度也不断被提高到日益突出的地位，仿生学研究也获得了大量的成果，并不断地被投入到生产实践。

　　从绿色技术的角度而言，仿生学师法自然有其必要性。在人与人之间的关系失调和人与自然关系日益突出的全球问题的大背景下，现在技术手段的利弊祸福问题引起的广泛的关注，在生态哲学的要求下绿色技术的观念被广泛地接受、采纳和运用。绿色技术是一种要求技术不仅要创造经济价值而且要肩负起社会价值，尤其是生态价值。在马克思的生态技术观里，我们不能只注重技术本身的单项的功能，同时要兼顾“正效果”和“负效果”。在开发和实用技术的过程中要充分考虑到技术的负面的效应，积极谋求“正效果”的最大化，竭力实现科学技术的绿色之路，实现人与自然的生态的和谐发展。在时代的要求和环境的压力下，师法自然，以自然为价值取向的生态伦理技术观念逐步确立起来。自然本身固有的属性不断被重视、认识、开发和才用，不断地探索一条既有利于实现保护自然又有助于人类和谐发展的新型道路。仿生学的创立和发展，为这一道路指明了前进的方向，仿生学开始由简单到复杂，由部分到整体，由要素到系统，由结构到功能的研究不断地开发出先进的绿色技术。当今的高科技仿生学技术，不断呈现出从功能模拟逐步到信息仿生，从力学仿生到化学仿生，从个体仿生到控制仿生的新的态势。这三种新的态势相互糅和，互为关联，互相交叉耦合，不容分割，这为新的高科技技术产业的新发展提供了新的技术范式。这也要求了在我们在技术的运用上注重对绿色概念的注入，深刻的认识到仿生学对绿色技术的必要性，做到师法自然，取之于自然，用之于自然。

　　（二）促进绿色技术下仿生学的发展途径

　　绿色技术的发展是生态哲学的一种技术要求，而且绿色技术对于现实的生活也有其现实的意义。仿生学作为绿色技术的重要方法与途径，要成功地在社会中推广和使用，积极发挥其在实现生产实践中的作用，需要不断完善完备的理论，不断成熟的技术和国家的制度及政策作为仿生学发展的重要途径与依据。只有具备了这种从内而外的种种条件，仿生学的发展才能更为宽广。

　　首先，不断提高高科技仿生学的理论创新。我国在步入新世纪之后不断地提出技术创新的要求，这不仅仅是对现阶段技术发展的要求，也是对理论创新的一大挑战。如今，发展以仿生学为主题的绿色技术就要求更多的理论工作者和实验工作者不断发现新规律，提出新理论，建立新技术，不断建立健全仿生学的理论基础。这也对研究队伍提出了严峻的挑战，要求我们不断教育和培养出具有创造性能力的高素质科研人员，要求学校和社会不断地给优秀人才更多的机会参与科研工作，打造一个结构合理、素质优良的科研队伍，为理论创新提供优良的精神保障。同时要求发挥企业在创新机制中的核心和主体作用，发挥企业资源整合的灵活、多变和高效的特点，积极使科研成果转化为先进的技术生产力，促进理论成果的转化，为理论创新提供强大动力。

　　科学理论创新的过程，也是一个不断证伪的过程。科学的发展过程深刻揭示了理论是始于问题且终于问题的，作为科学工作者要大胆提出猜测和新的假说，反对过于经验和教条式的思维，善于提出问题、分析问题和解决问题，同时也对于理论的错误采取一种包容的态度，从而不断丰富我们的科学技术理论宝库。

　　其次，不断完善技术操作的成熟程度。仿生学的研究兴起于20世纪的60年代，在经历了高速发展的黄金阶段，在步入新世纪后依旧体现出其强大的生命力和远大的发展前景。仿生学的发展由原本单纯的功能模仿到信息模仿，力学模仿到化学模仿，个体仿生到控制仿生的新的突破点和生长点。但是在仿生学技术取得如此成功的前提下，我们依旧有些技术不够成熟。信息仿生、化学仿生和控制仿生的这种将自然系统的整体作为研究客体的仿生学研究的方法总体上停留在理论研究的层面，目前大部分研究成果集中在对结构和功能、力学和物理、个体到生态的局部仿生为主。整体仿生学的研究技术还有不成熟。而在局部仿生学的研究过程中，强调的是对自然事物的个体属性的研究。这种局部性的研究，容易造成人与自然的冲突与矛盾，不如基于对蝙蝠等动物的超声波研究，而开发使用的无线电以及超声波技术形成了对生物磁场的干扰，造成每年都有动物因为无线电波的干扰而丧命。我们对于我们没有将整个生态系统考虑在内，不能真正做到人与自然的和谐。生物仿生学研究的整体性研究已成为仿生学研究的主要课题。

　　从科学技术发展的角度而言，技术的发展也大大促进了科学理论的发展。如今科学技术的发展不是独立运行的双轨道。科学技术的相互交融日益密切，科学技术化、技术科学化和科学技术一体化进程不断加速。技术的进步有助于为理论的发展提供物质基础，有助于理论的检验促进理论成果的产生，从而为理论发展提供了坚实的物质后盾。

　　最后，不断加强国家政策保障。实现科学创新和技术创新离不开稳定长效的政策保证，国家的政策诱导和制度建设是促进以仿生学主题的绿色技术发展的重要前提和保证。政策为科学技术的发展提供了稳定的研究环境、流动的资源环境和完备的创新激励机制。国家通过宏观和微观的政策可以制定稳定的科技发展政策和战略；引导社会对科技投入的方向；改善科学研究场所的基础设施；健全完备的人才培养计划；建设长期有效的科技激励政策；对科技活动进行监督和评估等。这些不可比拟的优势，要求国家在科技政策引导的过程中要起主导的作用。绿色技术的实施与发展离不开国家宏观政策的引导，要促进以仿生学为主导的绿色技术在全社会的广泛开展，就要求政府加大对相关方面的政策的引导，鼓励和推进企事业单位才用绿色环保技术；加大对于绿色仿生技术队伍建设的经费投入，建立绿色仿生技术队伍的人才保障；积极健全技术激励机制，激发科技人员对于绿色仿生技术的新研究新发展。

　　我国正在不断建设创新型国家，这就需要发挥国家在创新型国家建设中的主导作用，积极引导市场对资源的基础性作用，实现科学研究团体的相互交流与有效互动。为科学研究活动建立健全科学中介服务体系，形成寓军于民、军民结合的国防科技研究，加大优势区域的区域创新、发挥企业的核心作用形成产学研相结合的科学研究体系和科研与高等院校相结合的科研团队。努力提高自主创新能力，走原始创新、集成创新和引进消化吸收国外先进技术相结合的道路。科学、合理的制度和政策体系；深化科学技术体制改革；培养造就富有创新精神的人才队伍；发展创新文化，培育全社会的创新精神。全面推动国家创新体系的建设，实现创新型国家建设的宏伟目标。

　　需要指出的是，绿色仿生技术的研究与发展是脱离不开的，相互耦合不可分割的，缺少哪一个都无法达到绿色仿生技术的运用与发展。绿色仿生技术的现实需要及其实现的可能性，要求我们为绿色仿生技术提供全方位的发展途径，而只有建立健全了全方位的技术发展环境，才能更为有效地促进绿色技术的运用与发展。

　　三、结语

　　对于国家的现实生活而言，仿生学的发展是实现生态中国的重要途径和重要手段，为国家的生产发展提供了绿色可持续发展的技术保障，为人与生态之间的健康和谐发展插上了技术的翅膀。

　　生态哲学的观念也不断被人类所共同接受，而以仿生型高科技为先导的绿色技术也必将成为今后生产实践的主流技术手段。促进高科技仿生型技术的发展必将为促进人与自然界的和谐发展提供新的技术手段，也为技术发展提供了新的增长点。

　　作者：张世蒿

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